OIO、NIO、AIO小结

OIO、NIO、AIO

BIO中，每个线程只能处理一个channel（同步的，该线程和该channel绑定）。
线程发起IO请求，不管内核是否准备好IO操作，从发起请求起，线程一直阻塞，直到操作完成,如图：
BIO的做法是，叫一个线程停留在一个水壶那，直到这个水壶烧开，才去处理下一个水壶。

NIO中(同步非阻塞通信)，每个线程可以处理多个channel（异步）。
线程发起IO请求，立即返回；内核在做好IO操作的准备之后，通过调用注册的回调函数通知线程做IO操作，线程开始阻塞，直到操作完成
NIO的做法是，叫一个线程不停的循环观察每一个水壶，根据每个水壶当前的状态去处理。

AIO中(彻底的异步通信)，线程发起IO请求，立即返回；内存做好IO操作的准备之后，做IO操作，直到操作完成或者失败，通过调用注册的回调函数通知线程做IO操作完成或者失败
AIO的做法是，每个水壶上装一个开关，当水开了以后会提醒对应的线程去处理。

那么BIO如何处理海量连接请求呢？
是对每个请求封装成一个request，然后从线程池中挑一个worker线程专门为此请求服务，如果线程池中的线程用完了，就对请求进行排队。请求中如果有读写数据，是会阻塞线程的
直到发生：有数据可读、可用数据以及读取完毕、发生空指针或I/O异常

BIO、NIO、AIO适用场景分析:

BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。

NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。

AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

同步阻塞IO、同步非阻塞IO、异步阻塞IO、异步非阻塞IO

标题标题同步阻塞IO（JAVA BIO）：

同步并阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。
你到饭馆点餐，然后在那等着，还要一边喊：好了没啊！

标题#同步非阻塞IO(Java NIO) ：

同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。用户进程也需要时不时的询问IO操作是否就绪，这就要求用户进程不停的去询问。
在饭馆点完餐，就去遛狗了。不过溜一会儿，就回饭馆喊一声：好了没啊！

异步阻塞IO（Java NIO）：

此种方式下是指应用发起一个IO操作以后，不等待内核IO操作的完成，等内核完成IO操作以后会通知应用程序，这其实就是同步和异步最关键的区别，同步必须等待或者主动的去询问IO是否完成，那么为什么说是阻塞的呢？因为此时是通过select系统调用来完成的，而select函数本身的实现方式是阻塞的，而采用select函数有个好处就是它可以同时监听多个文件句柄（如果从UNP的角度看，select属于同步操作。因为select之后，进程还需要读写数据），从而提高系统的并发性！
遛狗的时候，接到饭馆电话，说饭做好了，让您亲自去拿。

（Java AIO(NIO.2)）异步非阻塞IO:

在此种模式下，用户进程只需要发起一个IO操作然后立即返回，等IO操作真正的完成以后，应用程序会得到IO操作完成的通知，此时用户进程只需要对数据进行处理就好了，不需要进行实际的IO读写操作，因为真正的IO读取或者写入操作已经由内核完成了。
饭馆打电话说，我们知道您的位置，一会给你送过来，安心遛狗就可以了。

缓冲区buffer、通道channel、多路复用器 Selector、NIO服务端、AIO编程

（1）缓冲区buffer

buffer是一个对象，包含了读取和写入的数据，在nio中，所有的数据都是通过缓冲区来处理的。在写入数据时，也是写入到缓冲区中。任何时候访问NIO中的数据，都是通过缓冲区进行操作。
缓冲区实际是一个数组结构，并提供了对数据结构化访问以及维护读写位置等信息。
8种基本类型都有相应的缓冲区：ByteBuffe、CharBuffer、 ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer。他们实现了相同的接口：Buffer。

（2）通道channel

我们对数据的读取和写入都要通过channel，它就像水管一样，是一个通道。通道不同于流的地方就是通道是双向的，可以用于读、写和同时读写操作。
底层的操作系统的通道一般都是全双工的，所以全双工的Channel比流能更好的映射底层操作系统的API。
channel主要有2大类：
selectablechannel 用于用户网络的读写（后面代码会涉及的ServerSocketChannel和SocketChannel都是SelectableChannel的子类。）
Filechannel 用于文件的操作

（3）多路复用器 Selector

Selector是Java NIO 编程的基础。
提供选择已经就绪的任务的能力：Selector会不断轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上面发生读或者写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合，进行后续的I/O操作。
一个Selector可以同时轮询多个Channel，因为JDK使用了epoll()代替传统的select实现，所以没有最大连接句柄1024/2048的限制。所以，只需要一个线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万的客户端。

（4）NIO服务端

创建NIO服务端的主要步骤如下：
1.打开ServerSocketChannel，监听客户端连接
2.绑定监听端口，设置连接为非阻塞模式
3.创建Reactor线程，创建多路复用器并启动线程
4.将ServerSocketChannel注册到Reactor线程中的Selector上，监听ACCEPT事件
5.Selector轮询准备就绪的key
6.Selector监听到新的客户端接入，处理新的接入请求，完成TCP三次握手，简历物理链路
7.设置客户端链路为非阻塞模式
8.将新接入的客户端连接注册到Reactor线程的Selector上，监听读操作，读取客户端发送的网络消息
9.异步读取客户端消息到缓冲区
10.对Buffer编解码，处理半包消息，将解码成功的消息封装成Task
11.将应答消息编码为Buffer，调用SocketChannel的write将消息异步发送给客户端
所以不能保证一次能吧需要发送的数据发送完，此时就会出现写半包的问题。我们需要注册写操作，不断轮询Selector将没有发送完的消息发送完毕，然后通过Buffer的hasRemain()方法判断消息是否发送完成。

#两种I/O多路复用模式：Reactor和Proactor

reactor 反响堆：非阻塞同步网络模型，可以理解为：来了事件我通知你，你来处理
事件分离器负责等待文件描述符或socket为读写操作准备就绪，然后将就绪事件传递给对应的处理器，最后由处理器负责完成实际的读写工作。

proactor 前摄器：异步网络模型，可以理解为：来了事件我来处理，处理完了我通知你。

Netty 有一个简单却不失强大的架构。这个架构由三部分组成——缓冲（buffer），通道（channel），事件模型（event model）——所有的高级特性都构建在这三个核心组件之上。